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第二十五章 pinctrl和gpio子系統實驗

上一章我們編寫了基于設備樹的LED驅動，但是驅動的本質還是沒變，都是配置LED燈所使用的GPIO寄存器，驅動開發方式和裸機基本沒啥區別。Linux是一個龐大而完善的系統，尤其是驅動框架，像GPIO這種最基本的驅動不可能采用“原始”的裸機驅動開發方式，否則就相當于你買了一輛車，結果每天推著車去上班。Linux內核提供了pinctrl和gpio子系統用于GPIO驅動，本章我們就來學習一下如何借助pinctrl和gpio子系統來簡化GPIO驅動開發。

25.1 pinctrl子系統
25.1.1 pinctrl子系統簡介
Linux驅動講究驅動分離與分層，pinctrl和gpio子系統就是驅動分離與分層思想下的產物，驅動分離與分層其實就是按照面向對象編程的設計思想而設計的設備驅動框架，關于驅動的分離與分層我們后面會講。本來pinctrl和gpio子系統應該放到驅動分離與分層章節后面講解，但是不管什么外設驅動，GPIO驅動基本都是必須的，而pinctrl和gpio子系統又是GPIO驅動必須使用的，所以就將pintrcl和gpio子系統這一章節提前了。
我們先來回顧一下上一章是怎么初始化LED燈所使用的GPIO，步驟如下：
①、修改設備樹，添加相應的節點，節點里面重點是設置reg屬性，reg屬性包括了GPIO相關寄存器。
②、 獲取reg屬性中GPIOI_MODER、GPIOI_OTYPER、GPIOI_OSPEEDR、GPIOI_PUPDR和GPIOI_BSRR這些寄存器的地址，并且初始化它們，這些寄存器用于設置PI0這個PIN的復用功能、上下拉、速度等。
③、 在②里面將PI0這個PIN設置為通用輸出功能，因此需要設置PI0這個GPIO相關的寄存器，也就是設置GPIOI_MODER寄存器。
④、在②里面將PI0這個PIN設置為高速、上拉和推挽模式，就要需要設置PI0的GPIOI_OTYPER、GPIOI_OSPEEDR和GPIOI_PUPDR這些寄存器。
總結一下，②中完成對PI0這個PIN的獲取相關的寄存器地址，③和④設置這個PIN的復用功能、上下拉等，比如將GPIOI_0這個PIN設置為通用輸出功能。如果使用過STM32單片機的話應該都記得，STM32單片機也是要先設置某個PIN的復用功能、速度、上下拉等，然后再設置PIN所對應的GPIO，STM32MP1是從STM32單片機發展而來的，設置GPIO是一樣。其實對于大多數的32位SOC而言，引腳的設置基本都是這兩方面，因此Linux內核針對PIN的復用配置推出了pinctrl子系統，對于GPIO的電氣屬性配置推出了gpio子系統。本小節我們來學習pinctrl子系統，下一小節再學習gpio子系統。
大多數SOC的pin都是支持復用的，比如STM32MP1的PI0既可以作為普通的GPIO使用，也可以作為SPI2的NSS引腳、TIM5的CH4引腳等等。此外我們還需要配置pin的電氣特性，比如上/下拉、速度、驅動能力等等。傳統的配置pin的方式就是直接操作相應的寄存器，但是這種配置方式比較繁瑣、而且容易出問題(比如pin功能沖突)。pinctrl子系統就是為了解決這個問題而引入的，pinctrl子系統主要工作內容如下：
①、獲取設備樹中pin信息。
②、根據獲取到的pin信息來設置pin的復用功能
③、根據獲取到的pin信息來設置pin的電氣特性，比如上/下拉、速度、驅動能力等。
對于我們使用者來講，只需要在設備樹里面設置好某個pin的相關屬性即可，其他的初始化工作均由pinctrl子系統來完成，pinctrl子系統源碼目錄為drivers/pinctrl。
25.1.2 STM32MP1的pinctrl子系統驅動
1、PIN配置信息詳解
要使用pinctrl子系統，我們需要在設備樹里面設置PIN的配置信息，畢竟pinctrl子系統要根據你提供的信息來配置PIN功能，一般會在設備樹里面創建一個節點來描述PIN的配置信息。打開stm32mp151.dtsi文件，找到一個叫做pinctrl的節點，如下所示：

示例代碼25.1.2.1 pinctrl節點內容11814 pinctrl: pin-controller@50002000 { 1815 #address-cells = <1>; 1816 #size-cells = <1>; 1817 compatible = "st,stm32mp157-pinctrl"; 1818 ranges = <0 0x50002000 0xa400>; 1819 interrupt-parent = <&exti>; 1820 st,syscfg = <&exti 0x60 0xff>; 1821 hwlocks = <&hsem 0 1>; 1822 pins-are-numbered; ...... 1968 };

第1815~1816行，#address-cells屬性值為1和#size-cells屬性值為1，也就是說pinctrl下的所有子節點的reg第一位是起始地址，第二位為長度。
第1818行，ranges屬性表示STM32MP1的GPIO相關寄存器起始地址，STM32MP1系列芯片最多擁有176個通用GPIO，分為12組，分別為：PA0_PA15、PB0PB15、PC0_PC15、PD0PD15、PE0_PE15、PF0PF15、PG0_PG15、PH0PH15、PJ0_PJ15、PK0PK7、PZ0~PZ7。
其中PA_{PK這9組GPIO的寄存器都在一起，起始地址為0X50002000，終止地址為0X5000C3FF。這個可以在《STM32MP157參考手冊》里面找到。PZ組寄存器起始地址為0X54004000，終止地址為0X540043FF，所以stm32mp151.dtsi文件里面還有個名為“pinctrl_z”的子節點來描述PZ組IO。pinctrl節點用來描述PA}PK這11組IO，因此ranges屬性中的0x50002000表示起始地址，0xa400表示寄存器地址范圍。
第1819行，interrupt-parent屬性值為“&exti”，父中斷為exti。
后面的gpiox子節點先不分析，這些子節點都是gpio子系統的內容，到后面在去分析。這個節點看起來，根本沒有PIN先關的配置，別急！先打開stm32mp15-pinctrl.dtsi文件，你們能找到如下內容：

示例代碼25.1.2.2 pinctrl節點內容2 1 &pinctrl { ...... 534 m_can1_pins_a: m-can1-0 { 535 pins1 { 536 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF9)>; /* CAN1_TX */ 537 slew-rate = <1>; 538 drive-push-pull; 539 bias-disable; 540 }; 541 pins2 { 542 pinmux = <STM32_PINMUX('I', 9, AF9)>; /* CAN1_RX */ 543 bias-disable; 544 }; 545 }; ...... 554 pwm1_pins_a: pwm1-0 { 555 pins { 556 pinmux = <STM32_PINMUX('E', 9, AF1)>, /* TIM1_CH1 */ 557 <STM32_PINMUX('E', 11, AF1)>, /* TIM1_CH2 */ 558 <STM32_PINMUX('E', 14, AF1)>; /* TIM1_CH4 */ 559 bias-pull-down; 560 drive-push-pull; 561 slew-rate = <0>; 562 }; 563 }; ...... 1411};

示例代碼25.1.2.2就是向pinctrl節點追加數據，不同的外設使用的PIN不同、其配置也不同，因此一個蘿卜一個坑，將某個外設所使用的所有PIN都組織在一個子節點里面。示例代碼25.1.2.2中m_can1_pins_a子節點就是CAN1的所有相關IO的PIN集合，pwm1_pins_a子節點就是PWM1相關IO的PIN集合。綁定文檔Documentation/devicetree/bindings/pinctrl/st,stm32-pinctrl.yaml描述了如何在設備樹中設置STM32的PIN信息：
每個pincrtl節點必須至少包含一個子節點來存放pincrtl相關信息，也就是pinctrl集，這個集合里面存放當前外設用到哪些引腳(PIN)、這些引腳應該怎么配置、復用相關的配置、上下拉、默認輸出高電平還是低電平。一般這個存放pincrtl集的子節點名字是“pins”，如果某個外設用到多種配置不同的引腳那么就需要多個pins子節點，比如示例代碼25.1.2.2中第535行和541行的pins1和pins2這兩個子節點分別描述PH13和PI9的配置方法，由于PH13和PI9這兩個IO的配置不同，因此需要兩個pins子節點來分別描述。第555~562行的pins子節點是描述PWM1的相關引腳，包括PE9、PE11、PE14，由于這三個引腳的配置是一模一樣的，因此只需要一個pins子節點就可以了。
上面講了，在pins子節點里面存放外設的引腳描述信息，這些信息包括：
1、pinmux屬性
此屬性用來存放外設所要使用的所有IO，示例代碼25.1.2.2中第536行的pinmux屬性內容如下：
pinmux = <STM32_PINMUX(‘H’, 13, AF9)>;
可以看出，這里使用STM32_PINMUX這宏來配置引腳和引腳的復用功能，此宏定義在include/dt-bindings/pinctrl/stm32-pinfunc.h文件里面，內容如下：

示例代碼25.1.2.3 STM32_PINMUX宏定義 32 #define PIN_NO(port, line) (((port) - 'A') * 0x10 + (line)) 33 34 #define STM32_PINMUX(port, line, mode) (((PIN_NO(port, line)) << 8) | (mode)) 可以看出，STM32_PINMUX宏有三個參數，這三個參數含義如下所示： port：表示用那一組GPIO(例：H表示為GPIO第H組，也就是GPIOH)。

line：表示這組GPIO的第幾個引腳(例：13表示為GPIOH_13，也就是PH13)。
mode：表示當前引腳要做那種復用功能(例：AF9表示為用第9個復用功能)，這個需要查閱STM32MP1數據手冊來確定使用哪個復用功能。打開《STM32MP157A&D數據手冊》，一個IO最大有16種復用方法：AF0~AF15，打開第4章“Pinouts, pin description and alternate functions”，其中“Table 8. Alternate function AF0 to AF7”描述的是AF0~AF7這8種復用方式，“Table 9. Alternate function AF8 to AF15”描述的是AF8~AF15這8中復用方式。找到圖25.1.2.1所示內容：

圖25.1.2.1 PH13引腳復用功能
可以看出，PH13要設置為FDCAN1的TX引腳，就要使用AF9這個復用配置，這個就是如何在pinmux屬性中添加一個引腳的復用配置。從圖25.1.2.1中可以看出，如果PH13也可以復用為UART4的TX引腳，只要設置為AF8即可，此時相關的引腳配置如下所示：

示例代碼25.1.2.3 myuart4 pinctrl節點 1 &pinctrl { 2 3 myuart4_pins_a: myuart4-0 { 4 pins{ 5 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF8)>; 6 }; 7 }; 8 }; 這時候大家可能會奇怪？PH13做了FDCAN1的TX功能，還能做UART4的TX功能，不是沖突了嗎？這是不會沖突的，因為pinctrl驅動只會把設備樹pinctrl節點解析出來的數據存儲到一個鏈表里，只有當外設調用這個pinctrl節點的時候才會真的使用。但是，如果你要同時使用FDCAN1和UART4的話就會出問題，因此PH13同一時間只能用于一個外設，所以為了方便開發，還是建議大家一個PIN最好只能被一個外設使用。 stm32-pinfunc.h文件里面定義了一個PIN 的所有配置項AF0~AF9，如下所示： 示例代碼25.1.2.4 stm32-pinfunc.h文件 10 /* define PIN modes */ 11 #define GPIO 0x0 12 #define AF0 0x1 13 #define AF1 0x2 14 #define AF2 0x3 15 #define AF3 0x4 16 #define AF4 0x5 17 #define AF5 0x6 18 #define AF6 0x7 19 #define AF7 0x8 20 #define AF8 0x9 21 #define AF9 0xa 22 #define AF10 0xb 23 #define AF11 0xc 24 #define AF12 0xd 25 #define AF13 0xe 26 #define AF14 0xf 27 #define AF15 0x10 28 #define ANALOG 0x11 29 #define RSVD 0x12 可以看出，除了A0~AF15，還有GPIO、ANALOG這兩個，如果一個PIN只是作為最基本的GPIO功能，那么就是用“GPIO”；如果這個引腳要用作模擬功能，比如ADC采集引腳，那么就設置為“ANALOG”。 2、電氣屬性配置

接下來了解一下PIN的電氣特性如何設置，電氣特性在pinctrl子系統里不是必須的，可以不配置，但是pinmux屬性是必須要設置的。stm32-pinctrl.yaml文件里面也描述了如何設置STM32的電氣屬性，如表25.1.2.1所示：

表25.1.2.1 pinctrl的電氣特性
表25.1.2.1里的bootlean類型表示了在pinctrl子系統只要定義這個電氣屬性就行了，例如：我要禁用內部電壓，只要在PIN的配置集里添加“bias-disable”即可，這個時候bias-pull-down和bias-pull-up都不能使用了，因為已經禁用了內部電壓，所以不能配置上下拉。enum類型使用方法更簡單跟C語言的一樣，比如要設置PIN速度為最低就可以使用“slew-rate=<0>”。在示例代碼25.1.2.3里添加引腳的電氣特性組合成，如示例代碼25.1.2.6所示：

示例代碼25.1.2.6 添加電氣特性的myuart4-0節點 1 &pinctrl { 2 3 myuart4_pins_a: myuart4-0 { 4 pins1{ 5 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF8)>; 6 bias-pull-up; 7 drive-push-pull; 8 }; 9 }; 10 }; 在第6~7行里給myuart4-0添加了兩個電氣屬性分別為內部上拉和推挽輸出，這樣我們就設置好一個PIN配置了。

2、PIN驅動程序講解
本小節會涉及到Linux驅動分層與分離、平臺設備驅動等還未講解的知識，所以本小節教程可以不用看，不會影響后續的實驗。如果對Linux內核的pinctrl子系統實現原理感興趣的話可以看本小節。
所有的東西都已經準備好了，包括寄存器地址和寄存器值，Linux內核相應的驅動文件就會根據這些值來做相應的初始化。接下來就找一下哪個驅動文件來做這一件事情，pinctrl節點中compatible屬性的值為“st,stm32mp157-pinctrl”，在Linux內核中全局搜索“pinctrl”字符串就會找到對應的驅動文件。在文件drivers/pinctrl/stm32/pinctrl-stm32mp157.c中有如下內容：

示例代碼25.1.2.7 pinctrl-stm32mp157.c文件代碼段 2323 static struct stm32_pinctrl_match_data stm32mp157_match_data = { 2324 .pins = stm32mp157_pins, 2325 .npins = ARRAY_SIZE(stm32mp157_pins), 2326 }; 2327 2328 static struct stm32_pinctrl_match_data stm32mp157_z_match_data = { 2329 .pins = stm32mp157_z_pins, 2330 .npins = ARRAY_SIZE(stm32mp157_z_pins), 2331 .pin_base_shift = STM32MP157_Z_BASE_SHIFT, 2332 }; 2333 2334 static const struct of_device_id stm32mp157_pctrl_match[] = { 2335 { 2336 .compatible = "st,stm32mp157-pinctrl", 2337 .data = &stm32mp157_match_data, 2338 }, 2339 { 2340 .compatible = "st,stm32mp157-z-pinctrl", 2341 .data = &stm32mp157_z_match_data, 2342 }, 2343 { } 2344 }; 2345 2346 static const struct dev_pm_ops stm32_pinctrl_dev_pm_ops = { 2347 SET_LATE_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(NULL, stm32_pinctrl_resume) 2348 }; 2349 2350 static struct platform_driver stm32mp157_pinctrl_driver = { 2351 .probe = stm32_pctl_probe, 2352 .driver = { 2353 .name = "stm32mp157-pinctrl", 2354 .of_match_table = stm32mp157_pctrl_match, 2355 .pm = &stm32_pinctrl_dev_pm_ops, 2356 }, 2357 }; 2358 2359 static int __init stm32mp157_pinctrl_init(void) 2360 { 2361 return platform_driver_register(&stm32mp157_pinctrl_driver); 2362 } 2363 arch_initcall(stm32mp157_pinctrl_init); 2364

第2334~2344行， of_device_id結構體類型的數組，在第二十三章講解設備樹的時候說過，of_device_id里面保存著這個驅動文件的兼容性值，設備樹中的compatible屬性值會和of_device_id中的所有兼容性字符串比較，查看是否可以使用此驅動。stm32mp157_pctrl_match結構體數組一共有兩個兼容，分別為“st,stm32mp157-pinctrl”和“st,stm32mp157-z-pinctrl”，設備樹也定義了這兩個兼容性值，因此pinctrl和pinctrl_z節點都會和此驅動匹配，所以pinctrl-stm32mp157.c會完成STM32MP1的PIN配置工作。
第2350~2357行，platform_driver是平臺設備驅動，這個是我們后面章節要講解的內容，platform_driver是個結構體，有個probe成員變量。在這里大家只需要知道，當設備和驅動匹配成功以后platform_driver的probe成員變量所代表的函數就會執行，在2351行設置probe成員變量為stm32_pctl_probe函數，因此在本章實驗中stm32_pctl_probe這個函數就會執行，可以認為stm32_pctl_probe函數就是STM32MP157這個SOC的PIN配置入口函數。
第2359~2362行，就是一個簡單的驅動入口函數，platform_driver_register函數是一個標準的平臺設備驅動注冊函數，用于向Linux內核注冊一個platform_driver，這里就是將stm32mp157_pinctrl_driver注冊到Linux內核總，關于平臺設備驅動后面章節會詳細講解。
我們重點來分析一下stm32_pctl_probe函數，函數定義在drivers/pinctrl/stm32/pinctrl-stm32.c里面，函數內容如下所示：

示例代碼25.1.2.8 stm32_pctl_probe代碼段 1452 int stm32_pctl_probe(struct platform_device *pdev) 1453 { ...... 1458 struct stm32_pinctrl *pctl; ...... 1530 1531 pctl->pctl_desc.name = dev_name(&pdev->dev); 1532 pctl->pctl_desc.owner = THIS_MODULE; 1533 pctl->pctl_desc.pins = pins; 1534 pctl->pctl_desc.npins = pctl->npins; 1535 pctl->pctl_desc.link_consumers = true; 1536 pctl->pctl_desc.confops = &stm32_pconf_ops; 1537 pctl->pctl_desc.pctlops = &stm32_pctrl_ops; 1538 pctl->pctl_desc.pmxops = &stm32_pmx_ops; 1539 pctl->dev = &pdev->dev; 1540 pctl->pin_base_shift = pctl->match_data->pin_base_shift; 1541 1542 pctl->pctl_dev = devm_pinctrl_register(&pdev->dev, 1543 &pctl->pctl_desc, pctl); ...... 1600}；

第1458行，看它的結構體的名字就知道是ST官方自定義的一個結構體類型，用于存放STM32相關PIN屬性集合。第22.5.1小節我們驅動代碼也添加了自己的結構體，它們都有自己的結構體這樣做有啥好處？可以實現一個驅動代碼“通殺”多個設備。要想驅動能通用，就要用結構體來保存數據和驅動里面盡量不要使用全局變量(在pinctrl驅動里就沒有一個全局變量，全部使用結構體來描述一個物體，物體的所有屬性都作為結構體成員變量)。接著我們去看下stm32_pinctrl結構體是如何定義的，如示例代碼25.1.2.9所示：

示例代碼25.1.2.9 stm32_pinctrl結構體代碼段 100 struct stm32_pinctrl { ...... 103 struct pinctrl_desc pctl_desc; ...... 107 struct stm32_gpio_bank *banks; ...... 120 };

第103行，pinctrl_desc結構體用來描述PIN控制器，PIN控制器，PIN控制器用于配置SOC的PIN復用功能和電氣特性。
第107行，這個stm32_gpio_bank結構體，是用來注冊GPIO驅動。到后面GPIO子系統在說。
pinctrl_desc結構體內容如下所示：

示例代碼25.1.2.10 pinctrl_desc結構體 130 struct pinctrl_desc { 131 const char *name; 132 const struct pinctrl_pin_desc *pins; 133 unsigned int npins; 134 const struct pinctrl_ops *pctlops; 135 const struct pinmux_ops *pmxops; 136 const struct pinconf_ops *confops; 137 struct module *owner; 138 #ifdef CONFIG_GENERIC_PINCONF 139 unsigned int num_custom_params; 140 const struct pinconf_generic_params *custom_params; 141 const struct pin_config_item *custom_conf_items; 142 #endif 143 bool link_consumers; 144 };

第134~136行，這三個“_ops”結構體指針非常重要！因為這三個結構體就是PIN控制器的“工具”，這三個結構體里面包含了很多操作函數，Linux內核初始化PIN最終使用的就是這些操作函數。因此編寫一個SOC的PIN控制器驅動的核心就是實現pinctrl_desc里面的pctlops、pmxops和confops，pinctrl_desc結構體需要由用戶提供，結構體里面的成員變量也是用戶編寫的。但是這個用戶并不是我們這些使用芯片的程序員，而是半導體廠商，半導體廠商發布的Linux內核源碼中已經把這些工作做完了。
示例代碼25.1.2.8里，第1536~1538行，給這三個結構體賦值分別對應stm32_pconf_ops、stm32_prtrl_ops和stm32_pmx_ops，三個結構體如下：

示例代碼25.1.2.11 stm32_pconf_ops、stm32_prtrl_ops和stm32_pmx_ops結構體 714 static const struct pinctrl_ops stm32_pctrl_ops = { 715 .dt_node_to_map = stm32_pctrl_dt_node_to_map, 716 .dt_free_map = pinctrl_utils_free_map, 717 .get_groups_count = stm32_pctrl_get_groups_count, 718 .get_group_name = stm32_pctrl_get_group_name, 719 .get_group_pins = stm32_pctrl_get_group_pins, 720 }; ...... 865 static const struct pinmux_ops stm32_pmx_ops = { 866 .get_functions_count = stm32_pmx_get_funcs_cnt, 867 .get_function_name = stm32_pmx_get_func_name, 868 .get_function_groups = stm32_pmx_get_func_groups, 869 .set_mux = stm32_pmx_set_mux, 870 .gpio_set_direction = stm32_pmx_gpio_set_direction, 871 .strict = true, 872 }; ...... 1238 static const struct pinconf_ops stm32_pconf_ops = { 1239 .pin_config_group_get = stm32_pconf_group_get, 1240 .pin_config_group_set = stm32_pconf_group_set, 1241 .pin_config_dbg_show = stm32_pconf_dbg_show, 1242 .pin_config_set = stm32_pconf_set, 1243 }; pinctrl_desc結構體初始化完成以后，需要調用pinctrl_register或者devm_pinctrl_register函數就能夠向Linux內核注冊一個PIN控制器，示例代碼25.1.2.8中的1542行就是向Linux內核注冊PIN控制器。 總結一下，pinctrl驅動流程如下：

1、定義pinctrl_desc結構體。
2、初始化結構體，重點是pinconf_ops、pinmux_ops和pinctrl_ops這三個結構體成員變量，但是這部分半導體廠商幫我們搞定。
3、調用devm_pinctrl_register函數完成PIN控制器注冊。
25.1.3 設備樹中添加pinctrl節點模板
我們已經對pinctrl有了比較深入的了解，接下來我們學習一下如何在設備樹中添加某個外設的PIN信息。比如我們需要將PG11這個PIN復用為UART4_TX引腳，pinctrl節點添加過程如下：
1、創建對應的節點
在pinctrl節點下添加一個“uart4_pins”節點：

示例代碼25.1.3.1 uart4_pins設備節點 1 &pinctrl { 2 uart4_pins: uart4-0 { 3 /* 具體的PIN信息 */ 4 }; 5 };

2、添加“pins”屬性
添加一個“pins”子節點，這個子節點是真正用來描述PIN配置信，要注意，同一個pins子節點下的所有PIN電氣屬性要一樣。如果某個外設所用的PIN可能有不同的配置，那么就需要多個pins子節點，例如UART4的TX和RX引腳配置不同，因此就有pins1和pins2兩個子節點。這里我們只添加UART4的TX引腳，所以添加完pins1子節點以后如下所示：

示例代碼25.1.3.2 uart4_pins設備節點下的pins1屬性 1 &pinctrl { 2 uart4_pins: uart4-0 { 3 pins1{ 4 /* UART4 TX引腳的PIN配置信息 */ 5 }; 6 }; 7 };

3、在“pins”節點中添加PIN配置信息
最后在“pins”節點中添加具體的PIN配置信息，完成以后如下所示：

示例代碼25.1.3.3完整的uart4_pins設備pinctrl子節點 1 &pinctrl { 2 gpio_led: gpio-led-0 { 3 pins1{ 4 pinmux = <STM32_PINMUX('G', 11, AF6)>; /* UART4_TX */ 5 bias-disable; 6 drive-push-pull; 7 }; 8 }; 9 }; 按道理來講，當我們將一個IO用作GPIO功能的時候也需要創建對應的pinctrl節點，并且將所用的IO復用為GPIO功能，比如將PI0復用為GPIO的時候就需要設置pinmux屬性為：<STM32_PINMUX('I', 0, GPIO)>，但是！對于STM32MP1而言，如果一個IO用作GPIO功能的時候不需要創建對應的pinctrl節點！

25.2 gpio子系統
25.2.1 gpio子系統簡介
上一小節講解了pinctrl子系統，pinctrl子系統重點是設置PIN(有的SOC叫做PAD)的復用和電氣屬性，如果pinctrl子系統將一個PIN復用為GPIO的話，那么接下來就要用到gpio子系統了。gpio子系統顧名思義，就是用于初始化GPIO并且提供相應的API函數，比如設置GPIO為輸入輸出，讀取GPIO的值等。gpio子系統的主要目的就是方便驅動開發者使用gpio，驅動開發者在設備樹中添加gpio相關信息，然后就可以在驅動程序中使用gpio子系統提供的API函數來操作GPIO，Linux內核向驅動開發者屏蔽掉了GPIO的設置過程，極大的方便了驅動開發者使用GPIO。
25.2.2 STM32MP1的gpio子系統驅動
1、設備樹中的gpio信息
首先肯定是GPIO控制器的節點信息，以PI0這個引腳所在的GPIOI為例，打開stm32mp151.dtsi，在里面找到如下所示內容：

示例代碼25.2.2.1 gpioi控制器節點 1814 pinctrl: pin-controller@50002000 { 1815 #address-cells = <1>; 1816 #size-cells = <1>; 1817 compatible = "st,stm32mp157-pinctrl"; ...... 1912 gpioi: gpio@5000a000 { 1913 gpio-controller; 1914 #gpio-cells = <2>; 1915 interrupt-controller; 1916 #interrupt-cells = <2>; 1917 reg = <0x8000 0x400>; 1918 clocks = <&rcc GPIOI>; 1919 st,bank-name = "GPIOI"; 1920 status = "disabled"; 1921 }; 1944 }; 第1912~1921行就是GPIOI的控制器信息，屬于pincrtl的子節點，因此對于STM32MP1而言，pinctrl和gpio這兩個子系統的驅動文件是一樣的，都為pinctrl-stm32mp157.c，所以在注冊pinctrl驅動順便會把gpio驅動程序一起注冊。綁定文檔Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio.txt詳細描述了gpio控制器節點各個屬性信息。 第1913行，“gpio-controller”表示gpioi節點是個GPIO控制器，每個GPIO控制器節點必須包含“gpio-controller”屬性。 第1914行，“#gpio-cells”屬性和“#address-cells”類似，#gpio-cells應該為2，表示一共有兩個cell，第一個cell為GPIO編號，比如“&gpioi 0”就表示PI0。第二個cell表示GPIO極性，如果為0(GPIO_ACTIVE_HIGH)的話表示高電平有效，如果為1(GPIO_ACTIVE_LOW)的話表示低電平有效。 第1917行，reg屬性設置了GPIOI控制器的寄存器基地址偏移為0X800，因此GPIOI寄存器地址為0X50002000+0X800=0X5000A000，大家可以打開《STM32MP157參考手冊》，找到“Table 9. Register boundary addresses”章節的2.5.2 Memory map and register boundary addresses小節，如圖25.2.2.1所示：

圖25.2.2.1 GPIOI寄存器表
從圖25.2.2.1可以看出，GPIOI控制器的基地址就是0X5000A000，這個地址是基于pinctrl的地址0X50002000+0x8000 = 0X5000A000。
第1918行，clocks屬性指定這個GPIOI控制器的時鐘。
示例代碼25.2.2.1中的是GPIOI控制器節點，當某個具體的引腳作為GPIO使用的時候還需要進一步設置。ST官方EVK開發板將PG1用作SD卡的檢測(CD)引腳，PG1復用為GPIO功能，通過讀取這個GPIO的高低電平就可以知道SD卡有沒有插入。但是，SD卡驅動程序怎么知道CD引腳連接的PG1呢？這里肯定需要設備樹來告訴驅動，在設備樹中的SD卡節點下添加一個屬性來描述SD卡的CD引腳就行了，SD卡驅動直接讀取這個屬性值就知道SD卡的CD引腳使用的是哪個GPIO了。ST官方EVK開飯的SD卡連接在STM32MP157的sdmmc1接口上，在stm32mp15xx-edx.dtsi中找到名為“sdmmc1”的節點，這個節點就是SD卡設備節點，如下所示：

示例代碼25.2.2.2 設備樹中SD卡節點 333 &sdmmc1 { 334 pinctrl-names = "default", "opendrain", "sleep"; 335 pinctrl-0 = <&sdmmc1_b4_pins_a &sdmmc1_dir_pins_a>; 336 pinctrl-1 = <&sdmmc1_b4_od_pins_a &sdmmc1_dir_pins_a>; 337 pinctrl-2 = <&sdmmc1_b4_sleep_pins_a &sdmmc1_dir_sleep_pins_a>; 338 cd-gpios = <&gpiog 1 (GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>; 339 disable-wp; ...... 351 status = "okay"; 352 }; 第338行，屬性“cd-gpios”描述了SD卡的CD引腳使用的哪個IO。屬性值一共有三個，我們來看一下這三個屬性值的含義，“&gpiog”表示CD引腳所使用的IO屬于GPIOG組，“1”表示GPIOG組的第1號IO，通過這兩個值SD卡驅動程序就知道CD引腳使用了PG1這GPIO。最后一個是“GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP”，Linux內核定義在include/linux/gpio/machine.h文件中定義了枚舉類型gpio_lookup_flags，內容如下： 示例代碼25.2.2.3 gpio_lookup_flag枚舉類型 8 enum gpio_lookup_flags { 9 GPIO_ACTIVE_HIGH = (0 << 0), 10 GPIO_ACTIVE_LOW = (1 << 0), 11 GPIO_OPEN_DRAIN = (1 << 1), 12 GPIO_OPEN_SOURCE = (1 << 2), 13 GPIO_PERSISTENT = (0 << 3), 14 GPIO_TRANSITORY = (1 << 3), 15 GPIO_PULL_UP = (1 << 4), 16 GPIO_PULL_DOWN = (1 << 5), 17 GPIO_LOOKUP_FLAGS_DEFAULT = GPIO_ACTIVE_HIGH | GPIO_PERSISTENT, 18 }; 我們可以通過或運算組合不同的配置內容，示例代碼25.2.2.2中的338行， “GPIO_ACTIVE_LOW”表示低電平有效，“GPIO_PULL_UP”表示上拉，所以PG1引腳默認上拉，而且電平有效(當PG1被拉低的時候表示SD卡插入)。 這里也可以看出，把PG1用作GPIO的時候不需要添加其對應的pincrl節點！

2、GPIO驅動程序簡介
在25.1.2小節里已經分析過pinctrl驅動代碼了，前面一小節說過了STM32MP1的pinctrl驅動和gpio驅動是同一個驅動文件，都為pinctrl-stm32mp157.c，所以他們的入口函數都是stm32_pctl_probe，找到如下代碼所示：

示例代碼25.2.2.3 stm32_pctl_probe代碼段 1452 int stm32_pctl_probe(struct platform_device *pdev) 1453 { ...... 1585 for_each_available_child_of_node(np, child) { 1586 if (of_property_read_bool(child, "gpio-controller")) { 1587 ret = stm32_gpiolib_register_bank(pctl, child); 1588 if (ret) { 1589 of_node_put(child); 1590 return ret; 1591 } 1592 } 1593 } ...... 1600} 第1586行，判斷設備樹節點，是否有gpio-controller。如果存在，那么這個節點就是一個GPIO控制器節點。

第1587行，stm32_gpiolib_register_bank函數用來注冊GPIO驅動，包括生成回調函數，注冊的過程是跟pinctrl驅動注冊是一樣的。都是創建自己的結構體，然后初始化結構體，調用內核的注冊函數，這樣把自己的結構體注冊到內核。這邊就不去分析了，大家可以試下分析GPIO驅動代碼。
25.2.3 gpio子系統API函數
對于驅動開發人員，設置好設備樹以后就可以使用gpio子系統提供的API函數來操作指定的GPIO，gpio子系統向驅動開發人員屏蔽了具體的讀寫寄存器過程。這就是驅動分層與分離的好處，大家各司其職，做好自己的本職工作即可。gpio子系統提供的常用的API函數有下面幾個：
1、gpio_request函數
gpio_request函數用于申請一個GPIO管腳，在使用一個GPIO之前一定要使用gpio_request進行申請，函數原型如下：
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要申請的gpio標號，使用of_get_named_gpio函數從設備樹獲取指定GPIO屬性信息，此函數會返回這個GPIO的標號。
label：給gpio設置個名字。
返回值：0，申請成功；其他值，申請失敗。
2、gpio_free函數
如果不使用某個GPIO了，那么就可以調用gpio_free函數進行釋放。函數原型如下：
void gpio_free(unsigned gpio)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要釋放的gpio標號。
返回值：無。
3、gpio_direction_input函數
此函數用于設置某個GPIO為輸入，函數原型如下所示：
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要設置為輸入的GPIO標號。
返回值：0，設置成功；負值，設置失敗。
4、gpio_direction_output函數
此函數用于設置某個GPIO為輸出，并且設置默認輸出值，函數原型如下：
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要設置為輸出的GPIO標號。
value：GPIO默認輸出值。
返回值：0，設置成功；負值，設置失敗。
5、gpio_get_value函數
此函數用于獲取某個GPIO的值(0或1)，此函數是個宏，定義所示：
#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要獲取的GPIO標號。
返回值：非負值，得到的GPIO值；負值，獲取失敗。
6、gpio_set_value函數
此函數用于設置某個GPIO的值，此函數是個宏，定義如下
#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
函數參數和返回值含義如下：
gpio：要設置的GPIO標號。
value：要設置的值。
返回值：無
關于gpio子系統常用的API函數就講這些，這些是我們用的最多的。
25.2.4 設備樹中添加gpio節點模板
本節我們以正點原子STM32MP157開發板上的LED0為例，學習一下如何創建GPIO節點。LED0連接到了PI0引腳上，首先創建一個“led”設備節點。
1、創建led設備節點
在根節點“/”下創建test設備子節點，如下所示：

示例代碼25.2.4.1 led設備節點 1 led { 2 /* 節點內容 */ 3 }; 2、添加GPIO屬性信息 在led節點中添加GPIO屬性信息，表明test所使用的GPIO是哪個引腳，添加完成以后如下所示： 示例代碼25.2.4.2 向led節點添加gpio屬性 1 led { 2 compatible = "atk,led"; 3 gpio = <&gpioi 0 GPIO_ACTIVE_LOW>; 4 status = "okay"; 5 }; 第3行，led設備所使用的gpio。

關于pinctrl子系統和gpio子系統就講解到這里，接下來就使用pinctrl和gpio子系統來驅動STM32MP1開發板上的LED燈。
25.2.5 與gpio相關的OF函數
在示例代碼25.2.4.2中，我們定義了一個名為“gpio”的屬性，gpio屬性描述了led這個設備所使用的GPIO。在驅動程序中需要讀取gpio屬性內容，Linux內核提供了幾個與GPIO有關的OF函數，常用的幾個OF函數如下所示：
1、of_gpio_named_count函數
of_gpio_named_count函數用于獲取設備樹某個屬性里面定義了幾個GPIO信息，要注意的是空的GPIO信息也會被統計到，比如：
gpios = <0
&gpio1 1 2
0
&gpio2 3 4>;
上述代碼的“gpios”節點一共定義了4個GPIO，但是有2個是空的，沒有實際的含義。通過of_gpio_named_count函數統計出來的GPIO數量就是4個，此函數原型如下：
int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname)
函數參數和返回值含義如下：
np：設備節點。
propname：要統計的GPIO屬性。
返回值：正值，統計到的GPIO數量；負值，失敗。
2、of_gpio_count函數
和of_gpio_named_count函數一樣，但是不同的地方在于，此函數統計的是“gpios”這個屬性的GPIO數量，而of_gpio_named_count函數可以統計任意屬性的GPIO信息，函數原型如下所示：
int of_gpio_count(struct device_node *np)
函數參數和返回值含義如下：
np：設備節點。
返回值：正值，統計到的GPIO數量；負值，失敗。
3、of_get_named_gpio函數
此函數獲取GPIO編號，因為Linux內核中關于GPIO的API函數都要使用GPIO編號，此函數會將設備樹中類似<&gpioi 0(GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>的屬性信息轉換為對應的GPIO編號，此函數在驅動中使用很頻繁！函數原型如下：
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,
const char *propname,
int index)
函數參數和返回值含義如下：
np：設備節點。
propname：包含要獲取GPIO信息的屬性名。
index：GPIO索引，因為一個屬性里面可能包含多個GPIO，此參數指定要獲取哪個GPIO的編號，如果只有一個GPIO信息的話此參數為0。
返回值：正值，獲取到的GPIO編號；負值，失敗。
25.3 硬件原理圖分析
本實驗的硬件原理參考21.2小節即可。
25.4 實驗程序編寫
本實驗對應的例程路徑為：開發板光盤 1、程序源碼2、Linux驅動例程5_gpioled。
本章實驗我們繼續研究LED燈，在第二十四章實驗中我們通過設備樹向dtsled.c文件傳遞相應的寄存器物理地址，然后在驅動文件中配置寄存器。本章實驗我們使用gpio子系統來完成LED燈驅動。
25.4.1 修改設備樹文件
在stm32mp157d-atk.dts文件的根節點“/”下創建LED燈節點，節點名為“gpioled”，節點內容如下：

示例代碼25.4.1.1 創建LED燈節點 1 gpioled { 2 compatible = "alientek,led"; 3 status = "okay"; 4 led-gpio = <&gpioi 0 GPIO_ACTIVE_LOW>; 5 }; 第4行，led-gpio屬性指定了LED燈所使用的GPIO，在這里就是GPIOI的0號，低電平有效。稍后編寫驅動程序的時候會獲取led-gpio屬性的內容來得到GPIO編號，因為gpio子系統的API操作函數需要GPIO編號。設備樹編寫完成以后使用“make dtbs”命令重新編譯設備樹，然后使用新編譯出來的stm32mp157d-atk.dtb文件啟動Linux系統。啟動成功以后進入“/proc/device-tree”目錄中查看“gpioled”節點是否存在，如果存在的話就說明設備樹基本修改成功(具體還要驅動驗證)，結果如圖25.4.1.1所示：

圖25.4.1.1 gpioled子節點
25.4.2 LED燈驅動程序編寫
設備樹準備好以后就可以編寫驅動程序了，本章實驗在第四十四章實驗驅動文件dtsled.c的基礎上修改而來。新建名為“5_gpioled”文件夾，然后在5_gpioled文件夾里面創建vscode工程，工作區命名為“gpioled”。工程創建好以后新建gpioled.c文件，在gpioled.c里面輸入如下內容：

示例代碼25.4.1.2 gpioled.c驅動文件代碼 1 #include <linux/types.h> 2 #include <linux/kernel.h> 3 #include <linux/delay.h> 4 #include <linux/ide.h> 5 #include <linux/init.h> 6 #include <linux/module.h> 7 #include <linux/errno.h> 8 #include <linux/gpio.h> 9 #include <linux/cdev.h> 10 #include <linux/device.h> 11 #include <linux/of.h> 12 #include <linux/of_address.h> 13 #include <linux/of_gpio.h> 14 #include <asm/mach/map.h> 15 #include <asm/uaccess.h> 16 #include <asm/io.h> 17 /*************************************************************** 18 Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 19 文件名 : gpioled.c 20 作者 : 正點原子Linux團隊 21 版本 : V1.0 22 描述 : gpio子系統驅動LED燈。 23 其他 : 無 24 論壇 : www.openedv.com 25 日志 : 初版V1.0 2020/12/30 正點原子Linux團隊創建 26 ***************************************************************/ 27 #define GPIOLED_CNT 1 /* 設備號個數 */ 28 #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */ 29 #define LEDOFF 0 /* 關燈 */ 30 #define LEDON 1 /* 開燈 */ 31 32 /* gpioled設備結構體 */ 33 struct gpioled_dev{ 34 dev_t devid; /* 設備號 */ 35 struct cdev cdev; /* cdev */ 36 struct class *class; /* 類 */ 37 struct device *device; /* 設備 */ 38 int major; /* 主設備號 */ 39 int minor; /* 次設備號 */ 40 struct device_node *nd; /* 設備節點 */ 41 int led_gpio; /* led所使用的GPIO編號 */ 42 }; 43 44 struct gpioled_dev gpioled; /* led設備 */ 45 46 /* 47 * @description : 打開設備 48 * @param – inode : 傳遞給驅動的inode 49 * @param - filp : 設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量 50 * 一般在open的時候將private_data指向設備結構體。 51 * @return : 0 成功;其他 失敗 52 */ 53 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) 54 { 55 filp->private_data = &gpioled; /* 設置私有數據 */ 56 return 0; 57 } 58 59 /* 60 * @description : 從設備讀取數據 61 * @param - filp : 要打開的設備文件(文件描述符) 62 * @param - buf : 返回給用戶空間的數據緩沖區 63 * @param - cnt : 要讀取的數據長度 64 * @param - offt : 相對于文件首地址的偏移 65 * @return : 讀取的字節數，如果為負值，表示讀取失敗 66 */ 67 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 68 { 69 return 0; 70 } 71 72 /* 73 * @description : 向設備寫數據 74 * @param – filp : 設備文件，表示打開的文件描述符 75 * @param - buf : 要寫給設備寫入的數據 76 * @param - cnt : 要寫入的數據長度 77 * @param - offt : 相對于文件首地址的偏移 78 * @return : 寫入的字節數，如果為負值，表示寫入失敗 79 */ 80 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 81 { 82 int retvalue; 83 unsigned char databuf[1]; 84 unsigned char ledstat; 85 struct gpioled_dev *dev = filp->private_data; 86 87 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); 88 if(retvalue < 0) { 89 printk("kernel write failed!\r\n"); 90 return -EFAULT; 91 } 92 93 ledstat = databuf[0]; /* 獲取狀態值 */ 94 95 if(ledstat == LEDON) { 96 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打開LED燈 */ 97 } else if(ledstat == LEDOFF) { 98 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 關閉LED燈 */ 99 } 100 return 0; 101 } 102 103 /* 104 * @description : 關閉/釋放設備 105 * @param – filp : 要關閉的設備文件(文件描述符) 106 * @return : 0 成功;其他 失敗 107 */ 108 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) 109 { 110 return 0; 111 } 112 113 /* 設備操作函數 */ 114 static struct file_operations gpioled_fops = { 115 .owner = THIS_MODULE, 116 .open = led_open, 117 .read = led_read, 118 .write = led_write, 119 .release = led_release, 120 }; 121 122 /* 123 * @description : 驅動出口函數 124 * @param : 無 125 * @return : 無 126 */ 127 static int __init led_init(void) 128 { 129 int ret = 0; 130 const char *str; 131 132 /* 設置LED所使用的GPIO */ 133 /* 1、獲取設備節點：gpioled */ 134 gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled"); 135 if(gpioled.nd == NULL) { 136 printk("gpioled node not find!\r\n"); 137 return -EINVAL; 138 } 139 140 /* 2.讀取status屬性 */ 141 ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "status", &str); 142 if(ret < 0) 143 return -EINVAL; 144 145 if (strcmp(str, "okay")) 146 return -EINVAL; 147 148 /* 3、獲取compatible屬性值并進行匹配 */ 149 ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "compatible", &str); 150 if(ret < 0) { 151 printk("gpioled: Failed to get compatible property\n"); 152 return -EINVAL; 153 } 154 155 if (strcmp(str, "alientek,led")) { 156 printk("gpioled: Compatible match failed\n"); 157 return -EINVAL; 158 } 159 160 /* 4、 獲取設備樹中的gpio屬性，得到LED所使用的LED編號 */ 161 gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0); 162 if(gpioled.led_gpio < 0) { 163 printk("can't get led-gpio"); 164 return -EINVAL; 165 } 166 printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio); 167 168 /* 5.向gpio子系統申請使用GPIO */ 169 ret = gpio_request(gpioled.led_gpio, "LED-GPIO"); 170 if (ret) { 171 printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to request led-gpio\n"); 172 return ret; 173 } 174 175 /* 6、設置PI0為輸出，并且輸出高電平，默認關閉LED燈 */ 176 ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1); 177 if(ret < 0) { 178 printk("can't set gpio!\r\n"); 179 } 180 181 /* 注冊字符設備驅動 */ 182 /* 1、創建設備號 */ 183 if (gpioled.major) { /* 定義了設備號 */ 184 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0); 185 ret = register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); 186 if(ret < 0) { 187 pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n", GPIOLED_NAME, GPIOLED_CNT); 188 goto free_gpio; 189 } 190 } else { /* 沒有定義設備號 */ 191 ret = alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); /* 申請設備號 */ 192 if(ret < 0) { 193 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", GPIOLED_NAME, ret); 194 goto free_gpio; 195 } 196 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 獲取分配好的主設備號 */ 197 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 獲取分配好的次設備號 */ 198 } 199 printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor); 200 201 /* 2、初始化cdev */ 202 gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE; 203 cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops); 204 205 /* 3、添加一個cdev */ 206 cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 207 if(ret < 0) 208 goto del_unregister; 209 210 /* 4、創建類 */ 211 gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME); 212 if (IS_ERR(gpioled.class)) { 213 goto del_cdev; 214 } 215 216 /* 5、創建設備 */ 217 gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME); 218 if (IS_ERR(gpioled.device)) { 219 goto destroy_class; 220 } 221 return 0; 222 223 destroy_class 224 class_destroy(gpioled.class); 225 del_cdev: 226 cdev_del(&gpioled.cdev); 227 del_unregister: 228 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 229 free_gpio: 230 gpio_free(gpioled.led_gpio); 231 return -EIO; 232 } 233 234 /* 235 * @description : 驅動出口函數 236 * @param : 無 237 * @return : 無 238 */ 239 static void __exit led_exit(void) 240 { 241 /* 注銷字符設備驅動 */ 242 cdev_del(&gpioled.cdev); /* 刪除cdev */ 243 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 244 device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid); 245 class_destroy(gpioled.class); /* 注銷類 */ 246 gpio_free(gpioled.led_gpio); /* 釋放GPIO */ 247 } 248 249 module_init(led_init); 250 module_exit(led_exit); 251 MODULE_LICENSE("GPL"); 252 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK"); 253 MODULE_INFO(intree, "Y");

第41行，在設備結構體gpioled_dev中加入led_gpio這個成員變量，此成員變量保存LED等所使用的GPIO編號。
第55行，將設備結構體變量gpioled設置為filp的私有數據private_data。
第85行，通過讀取filp的private_data成員變量來得到設備結構體變量，也就是gpioled。這種將設備結構體設置為filp私有數據的方法在Linux內核驅動里面非常常見。
第96、98行，直接調用gpio_set_value函數來向GPIO寫入數據，實現開/關LED的效果。不需要我們直接操作相應的寄存器。
第134行，獲取節點“/gpioled”。
第141~146行，獲取“status”屬性的值，判斷屬性是否“okay”。
第149~153行，獲取compatible屬性值并進行匹配。
第161行，通過函數of_get_named_gpio函數獲取LED所使用的LED編號。相當于將gpioled節點中的“led-gpio”屬性值轉換為對應的LED編號。
第169行，通過函數gpio_request向GPIO子系統申請使用PI0。
第176行，調用函數gpio_direction_output設置PI0這個GPIO為輸出，并且默認高電平，這樣默認就會關閉LED燈。
可以看出gpioled.c文件中的內容和第二十四章的dtsled.c差不多，只是取消掉了配置寄存器的過程，改為使用Linux內核提供的API函數。在GPIO操作上更加的規范化，符合Linux代碼框架，而且也簡化了GPIO驅動開發的難度，以后我們所有例程用到GPIO的地方都采用此方法。
25.4.3 編寫測試APP
本章直接使用第四十二章的測試APP，將上一章的ledApp.c文件復制到本章實驗工程下即可。
25.5 運行測試
25.5.1 編譯驅動程序和測試APP
1、編譯驅動程序
編寫Makefile文件，本章實驗的Makefile文件和第二十章實驗基本一樣，只是將obj-m變量的值改為gpioled.o，Makefile內容如下所示：

示例代碼25.5.1.1 Makefile文件 1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31 ...... 4 obj-m := gpioled.o ...... 11 clean: 12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean 第4行，設置obj-m變量的值為gpioled.o。 輸入如下命令編譯出驅動模塊文件：

make -j32
編譯成功以后就會生成一個名為“gpioled.ko”的驅動模塊文件。
2、編譯測試APP
輸入如下命令編譯測試ledApp.c這個測試程序：
arm-none-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp
編譯成功以后就會生成ledApp這個應用程序。
25.5.2 運行測試
將上一小節編譯出來的gpioled.ko和ledApp這兩個文件拷貝到rootfs/lib/modules/5.4.31目錄中，重啟開發板，進入到目錄lib/modules/5.4.31中，輸入如下命令加載gpioled.ko驅動模塊：
depmod //第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe gpioled //加載驅動
驅動加載成功以后會在終端中輸出一些信息，如圖25.5.2.1所示：

圖25.5.2.1 驅動加載成功以后輸出的信息
從圖25.5.2.1可以看出，gpioled這個節點找到了，并且PI0這個GPIO的編號為128。驅動加載成功以后就可以使用ledApp軟件來測試驅動是否工作正常，輸入如下命令打開LED燈：
./ledApp /dev/gpioled 1 //打開LED燈
輸入上述命令以后觀察開發板上的紅色LED燈是否點亮，如果點亮的話說明驅動工作正常。在輸入如下命令關閉LED燈：
./ledApp /dev/gpioled 0 //關閉LED燈
輸入上述命令以后觀察開發板上的紅色LED燈是否熄滅。如果要卸載驅動的話輸入如下命令即可：
rmmod gpioled.ko

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【正点原子MP157连载】第二十五章 pinctrl和gpio子系统实验-摘自【正点原子】STM32MP1嵌入式Linux驱动开发指南V1.7的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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